Proč hliníková fólie dominuje v termoregulaci kosmické lodi
Kosmická loď řídí teplotu řízením rovnováhy mezi absorbovaným slunečním tokem a emitovaným infračerveným zářením. Čistý hliníkový povrch kombinuje nízkou solární absorpci s velmi nízkou vyzařováním infračerveného záření, takže fólie o tloušťce pouhých několika mikrometrů se při zanedbatelné hmotnosti chová jako účinná radiační bariéra. Vícevrstvé izolační přikrývky (MLI) vyrobené z 10 až 30 střídajících se vrstev tenké hliníkové fólie a metalizovaného polymerního filmu jsou standardním řešením pro přístrojové šachty, vedení pohonných hmot a kryogenní nádrže, kde by jinak nestíněný povrch rychle vyzařoval teplo směrem k 4K pozadí.
Stejná fólie se také používá jako samostatný prvek: jako sluneční clona na rozmístitelných strukturách, jako obal na kabelové svazky a jako atomová-kyslíková bariéra na nízké oběžné dráze Země. V každém případě je materiál vybrán pro povrchovou fyziku a čistotu, nikoli pro nosnost.
Slitiny a tempery používané v letovém hardwaru
Tepelná-kontrolní fólie pochází téměř výhradně z řady 1xxx, kde vysoká čistota hliníku poskytuje reprodukovatelné optické vlastnosti a nízký obsah těkavých látek. Níže uvedená tabulka shrnuje známky běžně uváděné pro práci ve vesmíru.
| Slitina | Minimální obsah hliníku | Běžná povaha | Typické použití |
|---|---|---|---|
| 1145 | 99.45% | O, H19 | Vysoce{0}}čisté radiační vrstvy a metalizační materiály |
| 1235 | 99.35% | O | Laminované přikrývky, flexibilní stínění |
| 1100 | 99.00% | O, H14 | Obecné stínění, pozemní-podpora hardwaru |
| 8011 | Zůstatek Al-Fe-Si | O | Víko a uzavírací fólie na experimentálních nádobách |
Letové obrysy se běžně pohybují mezi 0,006 mm a 0,100 mm. Pod cca 0,010 mm se s fólií manipuluje pouze s provizorními nosiči, protože limitujícím faktorem jsou spíše dírky a natržení okraje než pevnost. Nad 0,100 mm se součást obvykle překlasifikuje na plech a místo toho se specifikuje podle normy pro desky nebo plechy.
Konstrukce MLI a optické vlastnosti
Leštěný hliníkový povrch-neobsahující oxidy obvykle vykazuje vyzařování infračerveného záření v rozsahu 0,03 až 0,05, zatímco sluneční absorpce se pohybuje kolem 0,1. Výkon přikrývky závisí na udržení nízkého vyzařování v každé vrstvě, což je důvod, proč prokládání s nízko{4}}vodivým distančním materiálem a řízení kontaktního tlaku mezi vrstvami-k-vrstvě záleží stejně jako na výběru slitiny.
V metalizovaných konstrukcích je hliník vakuově nanášen na 6 až 25 mikrometrový polymerní nosič, jako je polyimid nebo polyester, s kovovou vrstvou o tloušťce pouze několika desítek až několika stovek nanometrů. Pevné vrstvy hliníkové fólie se pak používají jako vnější a vnitřní ohraničení přikrývky, kde je vyžadována mechanická robustnost a optická stabilita. Vnější vrstvy jsou často opatřeny tenkým ochranným povlakem, který brání poškození manipulací během integrace.
Odplynění, atomový kyslík a kvalifikace
Ve vakuu může jakýkoli materiál, který uvolňuje kondenzovatelné těkavé látky, zamlžovat optické povrchy a zhoršovat výkon zářiče. Screeningový test používaný v celém průmyslu je ASTM E595, který vyžaduje celkovou ztrátu hmoty (TML) ne větší než 1,0 % a shromážděný těkavý kondenzovatelný materiál (CVCM) ne větší než 0,1 % pro materiály akceptované na vnějších površích kosmických lodí. Fólie dodávaná pro tyto aplikace se proto vyrábí se zbytky maziva po válcování kontrolovaným na velmi nízkou úroveň a běžně se s ní manipuluje v čistých rukavicích a skladuje se v uzavřených sáčcích.
Na nízké oběžné dráze kolem Země atomový kyslík přicházející rychlostí zhruba 7 až 8 km/s eroduje mnoho polymerů, zatímco hliník tvoří tenký, sebe{2}}limitující oxid, který omezuje další útok. Tam, kde profil mise zahrnuje vystavení atomovému kyslíku, zůstává hliníková fólie jedním z mála bariérových materiálů, které nevyžadují další ochranný povlak.
Poznámky k nákupu a převodu
Fólie se objednává jako jumbo role nebo řezané svitky se specifikovaným rozměrem, tolerancí šířky a stavem okraje. Kupující by měli uvést měrku a její toleranci, tvrdost, povrchovou úpravu, maximální počet dírek na čtvereční metr u kritických přikrývek a prokládací nebo oddělovací papír použitý při navíjení. Otřepy při řezání jsou běžným zdrojem trhlin při montáži přikrývek, takže kvalita hran by měla být zapsána do nákupní objednávky a nikoli ponechána na standardní postup frézování.
U vrstvených přikrývek je adheze mezi hliníkovou vrstvou a polymerním nosičem ověřena odlupovací zkouškou na vzorku. Role by se měly před rozvinutím upravit na teplotu montážní oblasti, protože studená fólie se snadněji kroutí a mačká.
Často kladené otázky
Q:Která hliníková slitina se obvykle volí pro vysoce -tepelnou{1}}kontrolní fólii?
Odpověď: Třída 1145 s minimálním obsahem hliníku 99,45 % je obvyklou volbou pro sálavé vrstvy, zatímco 1235 s minimem 99,35 % je běžná pro laminovaný potahový materiál.
Q:Jaké limity odplynění musí fólie projít pro externí použití kosmické lodi?
A: Podle ASTM E595 jsou akceptované screeningové limity TML ne větší než 1,0 % a CVCM ne větší než 0,1 %. Materiály, které překračují kteroukoli hodnotu, jsou normálně vyřazeny bez dalšího testování.
Q:Kolik vrstev obsahuje typická deka MLI?
Odpověď: Mezi 10 a 30 vrstvami je normální rozsah. Přesný počet je dán požadovanými tepelnými ztrátami, dostupným objemem a hmotnostním rozpočtem a je obvykle optimalizován spíše termickou analýzou než orientačním pravidlem.
Q:Je hliníková fólie degradována atomárním kyslíkem na nízké oběžné dráze Země?
A: Ne. Hliník okamžitě reaguje a vytváří koherentní oxidový film, který omezuje další erozi, a proto se používá jako vnější bariéra, kde by se polymery odleptaly.
Q:Jaký rozsah měřidel je praktický pro letovou fólii?
Odpověď: Většina letového hardwaru používá fólii mezi 0,006 mm a 0,100 mm. Tenčí materiál vyžaduje dočasnou nosnou fólii, protože manipulaci řídí spíše dírky a trhliny než pevnost.
Q:Proč je v této aplikaci infračervená emitance důležitější než pevnost v tahu?
A: Fólie nenese žádné strukturální zatížení; řídí záření. Výkon proto závisí na vyzařování a čistotě povrchu a vysoce reflexní povrch s nízkou emisivitou- je tím, co snižuje tepelné ztráty.
